تقدم دراستان دليلًا على أن المركَّب البروتيني PTEX ضروري لتصدير بروتينات طفيلي الملاريا إلى سيتوبلازم الخلايا المصابة بالعدوى، وأن هذا التصدير أساسي من أجل بقاء الطفيلي.

• سانجاي أ. ديساي 
• & لويس هـ. ميلر

Nature (2014) doi:10.1038/nature13646 | Download PDF | Published online 31 أغسطس 2014 | English article

• المتن
• References

تعمل طفيليات الملاريا على تصدير مئات البروتينات إلى خلايا الدم الحمراء التي تصيبها بالعدوى. وتسهم هذه البروتينات في زيادة امتصاص المواد الغذائية من بلازما الدم، وتسهّل التصاق الخلية المصابة بالعدوى بالخلايا البطانية في الأوعية الدموية، وتعيد تشكيل خلايا الدم الحمراء بشكل بيّن لمصلحة الطفيلي. وقد تم اقتراح وجود تجمّع بروتيني طفيلي يسمى "مُعيد تموضع البروتينات المصدّرة للمتصورة" (PTEX)، يعمل على تحريك هذه البروتينات عبر غشاء الفجوة الخلوية التي تفصل بين الطفيلي وسيتوبلازم الخلية المصابة بالعدوى1. وفي بحثين منشورين في العدد الأخير من شهر يوليو الماضي، بدورية Nature الدولية، أظهر كلٌّ من بِك وزملائه2، وإلسورث وزملائه3، نقل البروتين من خلال PTEX بشكل أكيد.

أشارت دراسات تفاعل البروتين1 إلى أن معيد التموضع PTEX يتكون من خمسة بروتينات، وأن أحدها، EXP2، يشكل مسمّا تمر البروتينات عبره كخيط بعد انفكاكها، في عملية تعتمد على الطاقة، من قبل البروتين المرافق HSP101. تُظْهِر الدراسات الجديدة وظيفة هذا التجمّع البروتيني في الخلية المصابة بالعدوى عن طريق إزالة فعالية HSP101 وPTEX 150، وهما من مكونات PTEX مجهولة الوظيفة. وقد وجِد أن كبح أحد المكونين، عن طريق كبت النسخ أو زعزعة استقرار البروتين، تمنع تصدير مجموعتين كبيرتين من البروتين الطفيلي.

في المتصورة المنجلية (Plasmodium Falciparum) ـ إحدى طفيليات الملاريا الرئيسة التي تصيب الإنسان ـ تحتوي معظم البروتينات المصدّرة على تتابع يتألف من خمس ثمالات حمضية أمينية، تدعى وحدة تصدير المتصورة PEXEL، بالقرب من نهايتها الأمينية4،5. ويؤدي الانشطار ضمن هذه الوحدة بواسطة الإنزيم بلازمبسين 5 (plasmepsin V) إلى إلزام البروتين الناضج بالتصدير إلى الخلية المضيفة، لكن الطبيعة الدقيقة لهذا الإلزام لا تزال قيد النقاش6. أما المجموعة الثانية من البروتينات المصدّرة، فتفتقر إلى هذه الوحدة. هذه البروتينات المصدرة سلبية الوحدة، التي تزداد قائمتها طولًا، تفتقر إلى المظاهر التي توحِّدها، وتتحدى بالتالي محاولات توقع طريقة التعرف عليها وتصديرها7. إن ملاحظات المؤلفين حول كبح تصدير البروتينات من المجموعتين ـ اللتين تغطيان الطيف الكامل لتوقيتات التصدير، والخصائص البيوفيزيائية للبروتين، والوِجهة بالخلية المضيفة ـ تجعل من PTEX عنق الزجاجة الأساسي في إعادة تشكيل خلايا الدم الحمراء الحادث بسبب الطفيلي.

تثير هذه النتائج تساؤلات جديدة حول عملية إعادة التموضع. كيف يتمكن PTEX من التعرف على بروتينات متنوعة كهذه ونقلها، في حين يسمح لبروتينات أخرى بالبقاء في الفجوة الحاملة للطفيلي (القسم المحتوِي على الطفيليات ضمن الخلية المضيفة يتشكل أثناء حدوث الغزو، ويتم تعديله أثناء نمو الطفيلي)؟ هل خمائر البروتييز المحتفظ بها والبروتينات المرافقة والإنزيمات الأخرى لا يتعرف PTEX عليها، أم أنها تحمل إشارات محددة تمنع التصدير؟ لكي تتمكن من المرور الخيطي عبر PTEX، يجب أن تنفك البروتينات المصدرة أولًا، كما ظهر في حالة بروتين معين مُنع انفكاكه بواسطة ركيزة مرتبطة بشدّة8. يظل غير معروف ما إذا كان HSP101، أو غيره من البروتينات المرافقة، هو الذي يحفّز انفكاك كل البروتينات المصدرة. كما لا يزال غير واضح أيضًا ما إذا كان EXP2 يحدد المسام حقًا، وما هي الأدوار التي قد تؤديها مكونات PTEX الأخرى. هل من الممكن أن تخضع بروتينات الغشاء التي تمر عبر PTEX لنقل فرعي إلى الغشاء الفجوي لحامل الطفيلي، لكي تتيح الانتقال على طول الامتدادات الغشائية (الشكل 1)، كما ثبت بالنسبة لمعيدات التموضع في الكائنات الحية الأخرى9؟ أخيرًا، ستكون البروتينات التي تنتقل إلى سيتوبلازم الخلية المضيفة بحاجة إلى إعادة الطَّيّ، الذي يفترض أن تقوم به مرافقات الطفيلي التي تخضع للتصدير أيضًا، ويجب بطريقة ما أن تُخضِع هي نفسها لإعادة الطَّيّ10.

الشكل 1 | نقل بروتينات الطفيلي إلى خلايا الدم الحمراء للمضيف.

 يتواسط التجمّع البروتيني PTEX تصدير بروتينات طفيلي الملاريا عبر غشاء الفجوة الحاملة للطفيلي (PVM)، الذي يفصل سيتوبلازم الخلية المصابة عن الفجوة التي يسكنها الطفيلي. تفرز بروتينات الطفيلي أولًا في الفضاء الفجوي، حيث تنفكّ قبل نقلها بواسطة PTEX؛ ثم يعاد طيّها في سيتوبلازم الخلية المضيفة. قد تخضع بعض بروتينات الغشاء لنقل فرعي (السهم المتقطع) من PTEX إلى غشاء الفجوة الحاملة للطفيلي، وهي العملية التي قد تسمح بالحركة داخل الأغشية، إلى أن تصل إلى الحويصلات المعروفة باسم شقوق ماورر. بعدئذ تتموضع البروتينات المصدرة في مواقع محددة في الخلية، أو على غشاء الخلية الحمراء، حيث تخدم الوظائف الحاسمة لنمو الطفيليات داخل الخلايا. وتشمل الأمثلة امتصاص العناصر المغذية عبر قناة الأنيون على سطح المتصورة (PSAC)، وربط الخلايا المصابة بالخلايا البطانية للأوعية الدموية، التي تتواسطه بروتينات الكريات الحمراء المحتوية على المتصورة المنجلية PfEMP1.

هناك نتيجة أساسية أخرى لهذه الدراسات، تتمثل في أن كبح تصدير البروتين يتداخل مع النمو داخل الخلوي للطفيلي، مما يشير إلى أن البروتينات المصدرة لها أدوار أساسية في بقاء الطفيلي. لاحظ الباحثون آثارًا سلبية على تطور الطفيلي في المختبر وفي الجسم الحيّ، مع عدم تمكن الطفيليات غير الناضجة في مرحلة الدور الحلقي من التطور لتبلغ مرحلة الأُترُوفَة (طور التغذّي). وعلى النقيض، كان كبح PTEX بعد النضج إلى مرحلة الأتروفة جيد التحمل، مع غياب التأثير على خروج الطفيلي من الخلية، أو غزو خلايا دم حمراء جديدة، مما يشير إلى أن هذه العمليات الأخيرة لا تعتمد على البروتينات المصدرة في وقت متأخر من الدورة، لكن تطور عِرْسيّات المرحلة المبكرة، والمرحلة الجنسية من دورة حياة الطفيلي اللازمة لانتقال الملاريا عن طريق البعوض، تعرضت أيضًا لانتقاص شديد.

ما هي فعاليات عديد من البروتينات المصدرة التي تسهم في تثبيط نمو الطفيليات، والتي شوهدت في هذه الدراسات؟ رغم أن ارتباط الخلايا المصابة بالعدوى بالمستقبلات البطانية ضروري لبقاء الطفيلي في الجسم الحي، فإن الاستغناء عنه أمر ممكن في حالة الزرع في المختبر. أبرز الفعاليات المتوقعة هي امتصاص المواد المغذية من قِبَل قناة الأنيون على سطح المتصورة (PSAC)، وهي فعالية أساسية ترتبط بالبروتين الطفيلي، "المستضد 3 المرتبط بالالتصاق الخلوي" CLAG3)11،12). وقد وجد بِك وزملاؤه أن CLAG3 يستمر في الدخول إلى سيتوبلازما الخلية المضيفة عندما يكون PTEX مكبوحًا، مما يعني أن تصديره يتم عن طربق آلية واضحة، وربما أثناء الغزو. في الوقت نفسه، كانت هناك قيود على نقل الذوائب بواسطة PSAC، مما يشير إلى أن البروتينات المصدرة الأخرى مطلوبة لتشكيل قناة المغذيات.

في الملاريا البشرية، يحول ارتباط الخلايا المصابة بالبطانة دون تدميرها من قِبَل الطحال، وتتواسطه بشكل رئيس بروتينات من أفراد العائلة 1 لـ"بروتينات الكريات الحمراء المحتوية على المتصورة المنجلية: (PfEMP1). ولكل فرد منها عدة مجالات للارتباط في وجهه خارج الخلايا، ومجال واحد عبر الغشاء، لتثبيت البروتين على المقابض التي يشكلها الطفيلي على الخلية المصابة13. كيف تنتقل PfEMP1 من الطفيلي إلى غشاء خلية الدم الحمراء؟ رغم عدم انشطار البروتين بفعل بلازمبسين 5، يبدو أن كلًّا من وحدة تصدير المتصورة PEXEL والمجال عبر الغشاء غير الاعتياديين يسهمان في تصديرها4. يُفترض أن تتطلب إعادة الطَّيّ اللاحقة للمجالات الرابطة للبطانة في سيتوبلازم الخلية المضيفة إنزيمات أيسوميريز ثاني الكبريتيد، لجمع كميات كبيرة من ثمالات الحمض الأميني "سيستين" بشكل صحيح، وقد تُشرِك معها مجموعة من المرافقات14،15. ويبدو أيضًا أن عضيّات الفرز المتخصصة المعروفة باسم "شقوق ماورِر"، وبروتينات المقابض السطحية، مطلوبة من أجل الإدخال النهائي لـPfEMP1 في غشاء المضيف16. في ضوء البنية المطوية المعقدة لـPfEMP1، والمشاركة المحتملة للعديد من المرافقات، فإن التصدير المنقوص لهذا البروتين، الذي رصده كل من بِك وزملائه، وإلسورث وزملائه، قد يعكس التأثير غير المباشر لكبح PTEX. ستكون هناك حاجة إلى مزيد من البحث؛ لتحديد الآليات الدقيقة لتحريك وتقديم عامل الفوعة الرئيس هذا.

يكشف المقالان الجديدان عن وجود ملحوظ لمجموعة واسعة من ركائز إعادة التموضع، ويقدمان أدلة دامغة على أن تصدير البروتين ضروري للطفيلي، ويمثل بالتالي هدفًا علاجيًّا محتملًا. إننا نتوقع أن تكون التوليفات الدوائية التي تستهدف كلًّا من PTEX وفعاليات التصدير الطفيلية، مثل امتصاص العناصر المغذية المتواسط بواسطة PSAC، علاجات مضادة للملاريا شديدة التآزر.

References

1. de Koning-Ward, T. F. et al. Nature 459, 945–949 (2009).
2. Beck, J. R., Muralidharan, V., Oksman, A. & Goldberg, D. E. Nature 511, 592–595 (2014).
3. Elsworth, B. et al. Nature 511, 587–591 (2014).
4. Marti, M., Good, R. T., Rug, M., Knuepfer, E. & Cowman, A. F. Science 306, 1930–1933 (2004).
5. van Ooij, C. et al. PLoS Pathogens 4, e1000084 (2008).
6. Goldberg, D. E. & Cowman, A. F. Nature Rev. Microbiol. 8, 617–621 (2010).
7. Heiber, A. et al. PLoS Pathogens 9, e1003546 (2013).
8. Gehde, N. et al. Mol. Microbiol. 71, 613–628 (2009).
9. Van den Berg, B. et al. Nature 427, 36–44 (2004).
10. Pesce, E.-R. & Blatch, G. L. Parasitology http://dx.doi.org/10.1017/S003118201300228X (2014).
11. Nguitragool, W. et al. Cell 145, 665–677 (2011).
12. Pillai, A. D. et al. Mol. Pharmacol. 82, 1104–1114 (2012).
13. Juillerat, A. et al. Proc. Natl Acad. Sci. USA 108, 5243–5248 (2011).
14. Maier, A. G. et al. Cell 134, 48–61 (2008).
15. Külzer, S. et al. Cell. Microbiol. 14, 1784–1795 (2012).
16. Papakrivos, J., Newbold, C. I. & Lingelbach, K. Mol. Microbiol. 55, 1272–1284 (2005).

Affiliations

1. Laboratory of Malaria and Vector Research, National Institute of Allergy and Infectious Diseases, National Institutes of Health, Rockville Maryland 20852, USA